I mammiferi notturni e diurni vedono allo stesso modo, ma solo per un breve periodo. La cromatina delle cellule negli occhi dei topolini, alla nascita, ha infatti una struttura diurna ma, giorno dopo giorno, questa si inverte lentamente permettendo a questi animali, alla fine, di vedere di notte. Il modo in cui questo cambiamento avvenisse è stato finora un mistero.

Sungrim Seirin-Lee e Hiroshi Ochiai della Graduate School of Integrated Sciences for Life dell’Università di Hiroshima, sospettavano che la cromatina intervenisse cambiando la forma dei nuclei delle cellule. “Abbiamo iniziato una ricerca con un’ipotesi basata al 100% sulla matematica”, ha spiegato Seirin-Lee. “Il nostro modello matematico ci ha fatto scoprire che la deformazione del nucleo potrebbe essere un punto chiave, nel cambiamento della struttura del DNA.”

Se potessimo vedere all’interno del nucleo delle cellule, potremmo vedere la cromatina che arriva in diversi tipi e territori. Intorno al centro del nucleo c’è poi l’eucromatina, un tipo di DNA in gran parte attivo; l’eterocromatina, invece, è sempre una sorta che però si trova intorno all’involucro del nucleo, il suo “soffitto”. A differenza dell’eucromatina, l’attivazione genetica dell’eterocromatina è abbastanza bassa.

Le differenze nell’architettura nucleare tra animali notturni e diurni sono molte, specialmente attorno alla retina. Al centro del nucleo nei mammiferi notturni c’è il DNA, mentre, di solito, l’eterocromatina si trova nell’involucro che avvolge il nucleo. Nel caso degli animali notturni, tuttavia, Seirin-Lee e Ochiai hanno scoperto che l’eterocromatina si può spostare dal nucleo cambiando forma.

Per descrivere il movimento della cromatina, Seirin-Lee e i colleghi hanno usato un tipo di modello matematico chiamato “a campo di fase”. Si tratta di un metodo comunemente usato in fisica: il modello a campo di fase può essere usato per fare cose come, per esempio, distinguere il ghiaccio dall’acqua. Tuttavia, secondo Seirin-Lee, “non è comune nelle scienze biologiche. Nella dinamica della cromatina, in particolare, si tratta della la prima prova al mondo”.
Usando questo metodo, il gruppo ha potuto vedere il movimento della cromatina e del nucleo determinando e definendo l’interno e l’esterno del nucleo, nonché l’eucromatina rispetto all’eterocromatina.

Quando i ricercatori hanno osservato l’eterocromatina negli occhi del topo, hanno scoperto che l’architettura condizionale aveva innescato una deformazione dinamica, che aveva provocato un’inversione dell’architettura nucleare. Nel caso dell’architettura invertita, vengono rimosse due proteine che consentono all’eterocromatina di muoversi. Quindi, li scienziati hanno provato il loro modello sulle cellule staminali neurali, che imitano le cellule della retina. Dopo aver trattato le cellule con proteine ​​che mantengono l’eterocromatina alla periferia nucleare, la deformazione si è fermata. Il clustering di cromatina è aumentato e l’architettura nucleare non ha potuto terminare il suo processo di inversione. Questa scoperta era coerente con la loro modellistica matematica.

Seirin-Lee e i suoi colleghi mirano a scoprire se questi risultati sono universali e validi per le cellule di mammifero. “In questa fase, pensiamo che siano validi solo per gli occhi di un topo”, ha concluso Seirin-Lee, “ma non sappiamo. Forse anche gli umani potrebbero avere queste strutture ottenute una deformazione nucleare dinamica”.